【计算机网络】计算机网络体系结构

一、计算机网络概述

概念组成和功能：利用通信设备和线路将地理位置不同的，功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议  信息交换方式   网络操作系统）实现网络中资源共享和信息传递的系统。

数据处理和资源共享是两大基本功能。

逻辑功能分为资源子网和通信子网：

• 资源子网：负责数据处理的主计算机与终端
• 通信子网：负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路

资源子网的概念

• 资源子网的组成：

主机  终端  终端控制器  外设   软件资源  信息资源

• 主机：

大型机 中型机  小型机  工作站或微机

• 终端：

用户访问网络的界面；终端可以是简单的输出终端，带有微处理机的智能终端；终端通过主机炼乳网内，也可以用过通信控制处理剂连入网内

通信子网的概念：

• 早期的ARPA net中承担通信控制处理机功能的设备是接口报文处理机IMP，也就是现在广泛使用的路由器
• 路由器将主机和终端连入网内
• 路由器完成分组接收、校验 存储  转发功能 
• 交换机

Internet网络结构：

通过校园网。企业网或ISP联入地区主干王，地区猪肝网通过国家主干网联入国家间的高速主干网，这样就形成一种由路由器互连的大型。层次结构的国际网的Internet网络结构。

计算机网络的分类

• 网络分布范围分类：

广域网  城域网  局域网   个人区域网

• 使用者分类：

公用网  专用网

• 交换方式分类：

电路交换   报文交换  分组交换

• 拓扑结构分类：

星形  总线   环形  树形  网形

计算机网络的标准化工作及相关组织

• 标准化的重要性：

1. 实现不同厂商的硬软件之间的互连，必须遵从统一的标准

• 标准的分类：

1. 法定标准：权威机构指定的正式的合法的标准：OSI
2. 事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了这些就成了标准  TCP/IP

ITU-T：国际电信联盟电信委员会

ISO：国际标准化组织

IEEE：美国电子 电器学工程师学会   IEEE802系列局域网标准

IETF：Internet工程任务组   RFC 

二、计算机网络体系结构

• 体系结构：计算机网络各层次及其协议的集合
• 层次结构以垂直分层模型来表示

除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信，对等层的虚通信必须遵循该层的协议。

层次结构划分的原则：

• 每层的功能应是明确的，并且是相互独立的，当每一层的具体实现方法更新时，只要保持上下层的接口不变，变不会对邻居产生影响
• 层间接口必须清晰，跨越接口的信息应尽可能少
• 层数应适中，若层数太小，则造成协议太复杂，若层数太小，则体系结构过于复杂，使描述和实现各层功能变得困难。

三、计算机网络协议、接口、服务

1、协议

网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准。

网络协议的三要素：语义、语法、时序

语义：用于解释比特流的每一部分的意义

语法：语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序的意义

时序：事件实现顺序的详细说明

2、接口（服务访问点）

• 接口是同一节点内相邻层之间交换的连接点
• 同一个结点的相邻层之间存在着相同规定的接口，底层向高层通过接口提供服务
• 只要接口条件不变，底层功能不变，底层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作

3、服务

为保证上层对等提之间能相互通信。下层向上层提供的功能。

4、网络体系结构的特点

• 以功能作为划分层次的基础
• 第n层实体在实现自身定义的  只能使用第n-1层提供的服务
• 第n层在向第n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能
• 仅在相邻层间有接口，且所提供的服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。

概念理解：

• 网络协议是按层次结构来组织的
• 网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系结构
• 网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义
• 体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬件和软件

四、ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型

1、ISO/OSI参考模型

面向信息处理	应用层	用户功能
	表示层
	会话层
面向数据通信	传输层
	网络层	网络功能
	数据链路层
	物理层

OSI参考模型各层的功能：

物理层的主要功能：

• 利用传输介质为通信的网络结点之间建立。管理和释放物理连接
• 实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务
• 物理层的数据传输单元是比特

数据链路层的主要功能：

• 在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接
• 传输以帧为单位的数据包
• 采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路

网络层的主要功能：

• 通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径
• 为数据在结点之间传输创建逻辑链路
• 实现拥塞控制，网络互连等功能

传输层的主要功能：

• 向用户提供端到端服务
• 处理数据包错误。数据包次序以及其他一些关键传输问题
• 传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系中最关键的一层。

会话层的主要功能：

• 负责维护两个节点之间的传输链接，以确保点到点传输不中断
• 管理数据交换

表示层的主要功能：

• 用户处理在两个通信系统中交换信息的表示方式
• 数据格式变换
• 数据加密与解密
• 数据压缩与恢复

应用层的主要功能：

• 为应用程序提供网络服务
• 识别并保证通信对方的可用性，是的协同工作的应用程序之间的同步
• 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制

 TCP/IP模型：

特点：

独立于计算机硬件和操作系统

独立于特点的网络硬件，统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址

1、网络接口层

参考模型的最底层。负责通过网络发送和接收IP数据报

充分体现兼容性和适应性

2、网络层

相当于OSI参考模型网络层无连接网络服务

处理互连的路由选择、流控和拥塞问题

IP协议是无连接的，提供尽力而为服务的网络层协议

3、传输层

在互联网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端到端连接

传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议

用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议

4、应用层

主用协议有:远程登录协议 Telnet  

文件传输协议  FTP   简单邮件传输协议  SMTP

域名系统  DNS

简单网络管理协议 SNMP

超文本传输协议HTTP

tip:自下而上第一个提供端到端的服务层是传输层    自上而下是应用层

TCP/IP参考模型网络层提供的是无连接不可靠的数据报服务

TCP/IP体系结构中，直接为ICMP提供服务的协议是IP

通过POP3协议接收邮件时使用的传输层服务类型是有连接可靠的数据传输服务（邮件要求可靠性）

重点：层次的功能